上篇·入门与管理

第1章 测量系统分析概论

1.1 可靠性研究的发展历史

随着人们对产品质量重要性的认知水平逐步提高，人们对产品的可靠性就提出了相应的要求，无论是基于产品的外观、性能还是安全等方面，这种要求都会以不同的层次和水平出现。然而，这种要求如果仅仅停留在定性方面，那就会造成见仁见智、主观臆断的局面，组织内部无法达成统一的意见，也没有统一的判定标准，这就无法实现客观、高效、精准的产品质量控制，于是也就难以满足保证产品可靠性的要求。

事实上，从前人们对产品可靠性的判断就是从定性的层面进行的，直到1939年美国航空委员会在其出版的《适航性统计学注释》一书中，提出飞机由于各种失效造成的事故率不应超过0.00001/h，相当于飞机在每小时的飞行中可靠度为0.99999，人类才开始有了真正意义上量化的可靠性这个概念。

（1）第一阶段：可靠性工程的准备和萌芽阶段（20世纪30—50年代）

早期的系统可靠性理论见于德国对V1导弹的研制中。德国人罗伯特·卢瑟首先提出用概率乘积法则，即由n个部件组成的系统，其可靠度等于n个部件可靠度的乘积。在第二次世界大战后期，用概率乘积法则算得V2导弹诱导装置的可靠度为75%，首次从统计学上理解并定量地表达了产品的可靠性概念。

到了1943年，美国成立了“电子管技术委员会”，并成立“电子管研究小组”，开始了电子管的可靠性研究。1949年，美国无线电工程学会成立了可靠性技术组，这是第一个可靠性专业学术组织。

上述这个阶段，是可靠性发展的初期阶段，战后，随着冷战的爆发，直至冷战结束近40年的时间里，可靠性研究依次经历了另外五个阶段。

（2）第二阶段：可靠性工程的兴起和独立阶段（20世纪50—60年代）

这一阶段主要以美国在军用电子设备失效的研究和苏联在人造地球卫星的可靠性方面的研究为主导内容。

1950年起，苏联开始研究机器可靠性问题。

1952年8月21日，美国国防部下令成立由军方、工业办及学术界组成的“电子设备可靠性顾问组”，即AGREE（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment）。AGREE于1957年6月14日提出了著名的“AGREE报告”——《军用电子设备的可靠性》。该报告广泛、系统、深入地提出了如何解决产品问题的一系列办法，成为以后美国此类技术文件的依据。一些学者认为，AGREE报告的发表是可靠性工程成为一门独立学科的里程碑。

同时，为了解决作战对导弹的可靠性要求，一些国家也先后开展了对可靠性的研究与应用。

1956年，日本从美国引进了可靠性技术和经济管理技术后成立了质量管理委员会，并由科技联合会召开了第一次全国可靠性讨论会。1958年日本还成立了可靠性研究委员会，自1971年起每年召开一次可靠性与维修性学术会议。

这一阶段大体上确立了可靠性研究的地位、理论基础和研究方向，同时将可靠性研究从电子产品扩展到机械产品。

（3）第三阶段：可靠性工程的全面发展阶段（20世纪60—70年代）

这一阶段也是世界经济飞速发展、工业迅速兴起的时期。

1961年，苏联发射第一艘有人驾驶的宇宙飞船时，宇航员对宇宙飞船安全飞行和安全返回地面的可靠性提出了0.999的概率要求，可靠性研究人员把宇宙飞船系统的可靠性转化为各元器件的可靠性进行研究，取得了成功。

20世纪60年代初，广州设立了可靠性环境试验研究所，主要针对的是电子元器件的可靠性研究。

20世纪60年代中期，日本成立了电子元器件可靠性中心。日本将美国在航空、航天及军事工业中的可靠性研究成果应用到民用工业。

1965年，国际电工委员会（IEC）设立了可靠性技术委员会TC-56（1977年改名为可靠性与维修性技术委员会）。

20世纪60年代后期，美国大约有40%的大学设置了可靠性工程课程。

这一阶段可靠性研究得到大范围的应用，初步确定了一些标准，并从军用产品扩展到民用产品。

（4）第四阶段：可靠性工程的深入发展阶段（20世纪70—80年代）

这一阶段以美国、英国、法国、日本、中国等为代表的国家对可靠性进行了更为系统、专业和深入的研究，具体表现在以下方面：

1）建立统一的可靠性管理机构，各行业相继成立可靠性学术组织。

2）重视机械可靠性研究。

3）成立全国统一的可靠性数据交换网。

4）改善可靠性设计与试验方法。

5）在设备维修方面应用可靠性研究。

6）开始了软件的可靠性研究。

7）颁布了一系列可靠性标准。

8）大力开展可靠性方面的人才培训。

9）对产品的可靠性进行考核。

在该阶段，可靠性研究从数理基础发展到失效机理的研究，形成了可靠性试验方法及数据处理方法，这一阶段还是可靠性研究标准化逐渐成熟并趋国际化阶段。

（5）第五阶段：可靠性工程的全新发展阶段（20世纪80—90年代）

20世纪80年代以来，可靠性工程呈现出了全新发展趋势，具体表现在以下方面：

1）从电子产品可靠性发展到机械和非电子产品的可靠性。

2）从硬件可靠性发展到软件可靠性。

3）从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验，以通过环境应力筛选及可靠性强化试验来暴露产品故障，仅为提高产品可靠性。

4）从可靠性工程技术发展为包括维修工程、测试性工程、综合保障工程技术在内的可信性工程。

5）从军用装备的可信性工程技术到民用产品的可信性工程技术，这种拓展是全面的。

这一阶段最引人注目的表现就是软件的可靠性从研究阶段逐渐迈向工程化阶段。

（6）第六阶段：可靠性工程的现代化进展（20世纪90年代至今）

随着各种质量管理思想和工具的发展，可靠性的研究工作达到了前所未有的高潮。随着全面质量管理、精益生产、ISO/TS质量管理体系的不断应用和成熟，产品可靠性研究水平在也得到了空前的发展。

这一阶段是可靠性研究的全面应用和不断提高的时期。

随着对可靠性的深入研究，人们对数据的质量要求也越来越高。基于数理统计的可靠性研究，永远也离不开高质量的数据作为先导，可以说，能获得第一手高质量的测量数据，是可靠性研究成败的关键。

在ISO9001:2000的基础上，国际标准化组织（ISO）于2002年3月颁布了一项行业性的质量体系要求ISO/TS16949:2002^[1]，它的全名是“质量管理体系—汽车行业生产件与相关服务件的组织实施ISO9001的特殊要求”。IATF（国际汽车工作组）为了推动TS16949的理解和应用，在2002年同步引出了一些质量工具，其中就有对测量数据质量进行专业研究的工具——测量系统分析，英文全称为Measurement Systems Analysis（MSA）。MSA被IATF 16949引用，这对于保证测量数据质量来说是一个里程碑式的衍变，而高质量的测量数据就是可靠性研究的先决条件，这一点不容忽视。测量系统分析在可靠性研究中的作用如图1.1.1所示。

在现代制造业中，因测量数据不可靠而导致的各种品质事故层出不穷，有些能找到根本原因，有些却变成了谜案。为了避免此类事故的发生，我们必须在产品制造的前期就要对测量过程进行充分的了解和分析，“预防为主”是测量系统分析的核心思想。

实际上，很多制造企业没有对测量系统做预防性的先期研究和分析工作，待到品质事故产生了，往往已经来不及补救。换句话说，就是做不做测量系统分析，意义并不明显；如果组织内部确实认真地对测量系统做了先期的研究和分析，从而避免了这一类事故的发生，在这种情况下，测量系统分析的作用往往又是隐藏的、不显而易见的。因此，许多管理人员就会认为测量系统分析根本没有实际的作用，从而降低了对测量系统分析工作的支持力度，然而这种认知是片面的。